1. Condensadores electrolíticos
Os condensadores electrolíticos son condensadores formados pola capa de oxidación do eléctrodo mediante a acción do electrolito como capa illante, que normalmente ten unha gran capacidade. O electrolito é un material líquido, xelatinoso, rico en ións, e a maioría dos condensadores electrolíticos son polares, é dicir, cando funcionan, a tensión do eléctrodo positivo do condensador debe ser sempre maior que a tensión negativa.
A alta capacidade dos condensadores electrolíticos tamén se sacrifica por moitas outras características, como ter unha gran corrente de fuga, unha gran inductancia e resistencia en serie equivalente, un gran erro de tolerancia e unha curta vida útil.
Ademais dos condensadores electrolíticos polares, tamén existen condensadores electrolíticos non polares. Na figura seguinte, hai dous tipos de condensadores electrolíticos de 1000 uF e 16 V. Entre eles, o maior é non polar e o menor é polar.
(Condensadores electrolíticos polares e non polares)
O interior do condensador electrolítico pode ser un electrolito líquido ou un polímero sólido, e o material do eléctrodo adoita ser aluminio (aluminio) ou tántalo (tandalo). A seguinte é a estrutura interior dun condensador electrolítico polar de aluminio común, entre as dúas capas de eléctrodos hai unha capa de papel de fibra empapado en electrolito, ademais dunha capa de papel illante convertida nun cilindro, selada na carcasa de aluminio.
(Estrutura interna dun condensador electrolítico)
Ao diseccionar o condensador electrolítico, pódese ver claramente a súa estrutura básica. Para evitar a evaporación e as fugas do electrolito, a parte do pin do condensador está fixada con goma selante.
Por suposto, a figura tamén mostra a diferenza de volume interno entre os condensadores electrolíticos polares e os non polares. Coa mesma capacidade e nivel de tensión, o condensador electrolítico non polar é aproximadamente o dobre de grande que o polar.
(Estrutura interna de condensadores electrolíticos polares e non polares)
Esta diferenza provén principalmente da gran diferenza na área dos eléctrodos dentro dos dous condensadores. O eléctrodo do condensador non polar está á esquerda e o eléctrodo polar á dereita. Ademais da diferenza de área, o grosor dos dous eléctrodos tamén é diferente, e o grosor do eléctrodo do condensador polar é máis fino.
(Lámina de aluminio para condensadores electrolíticos de diferente ancho)
2. Explosión dun condensador
Cando a tensión aplicada polo condensador supera a súa tensión de resistencia ou cando se inverte a polaridade da tensión do condensador electrolítico polar, a corrente de fuga do condensador aumentará bruscamente, o que provocará un aumento da calor interna do condensador e o electrolito producirá unha gran cantidade de gas.
Para evitar a explosión do condensador, hai tres ranuras presionadas na parte superior da carcasa do condensador, de xeito que a parte superior do condensador sexa fácil de romper baixo alta presión e liberar a presión interna.
(Tanque de chorro na parte superior do condensador electrolítico)
Non obstante, nalgúns condensadores no proceso de produción, a presión da ranura superior non está cualificada, a presión dentro do condensador fará que a goma de selado na parte inferior do condensador sexa expulsada, neste momento a presión dentro do condensador libérase repentinamente, formando unha explosión.
1, explosión dun condensador electrolítico non polar
A figura seguinte mostra un condensador electrolítico non polar, cunha capacidade de 1000 uF e unha tensión de 16 V. Despois de que a tensión aplicada supere os 18 V, a corrente de fuga aumenta repentinamente, así como a temperatura e a presión dentro do condensador. Finalmente, a xunta de goma da parte inferior do condensador ábrese e os eléctrodos internos esmaganse coma se fosen palomitas.
(explosión por sobretensión de condensadores electrolíticos non polares)
Ao conectar un termopar a un condensador, é posible medir o proceso polo cal a temperatura do condensador cambia a medida que aumenta a tensión aplicada. A seguinte figura mostra o condensador non polar no proceso de aumento da tensión: cando a tensión aplicada supera o valor da tensión soportada, a temperatura interna continúa a aumentar no proceso.
(Relación entre a tensión e a temperatura)
A figura seguinte mostra o cambio na corrente que flúe a través do condensador durante o mesmo proceso. Pódese observar que o aumento da corrente é a principal razón do aumento da temperatura interna. Neste proceso, a tensión aumenta linealmente e, a medida que a corrente aumenta bruscamente, o grupo de alimentación fai que a tensión caia. Finalmente, cando a corrente supera os 6 A, o condensador explota cun forte estrondo.
(Relación entre tensión e corrente)
Debido ao gran volume interno do condensador electrolítico non polar e á cantidade de electrolito, a presión xerada despois do desbordamento é enorme, o que fai que o tanque de alivio de presión na parte superior da carcasa non se rompa e que a goma de selado na parte inferior do condensador se abra.
2, explosión dun condensador electrolítico polar
Para os condensadores electrolíticos polares, aplícase unha tensión. Cando a tensión supera a tensión soportada do condensador, a corrente de fuga tamén aumentará bruscamente, o que provocará que o condensador se sobrequente e explote.
A figura seguinte mostra o condensador electrolítico limitador, que ten unha capacidade de 1000 uF e unha tensión de 16 V. Despois dunha sobretensión, o proceso de presión interna libérase a través do tanque de alivio de presión superior, polo que se evita o proceso de explosión do condensador.
A seguinte figura mostra como cambia a temperatura do condensador co aumento da tensión aplicada. A medida que a tensión se achega gradualmente á tensión soportada do condensador, a corrente residual do condensador aumenta e a temperatura interna continúa a subir.
(Relación entre a tensión e a temperatura)
A seguinte figura é o cambio da corrente de fuga do condensador, o condensador electrolítico nominal de 16 V, no proceso de proba, cando a tensión supera os 15 V, a fuga do condensador comeza a aumentar bruscamente.
(Relación entre tensión e corrente)
A través do proceso experimental dos dous primeiros condensadores electrolíticos, tamén se pode observar o límite de tensión destes condensadores electrolíticos ordinarios de 1000 uF. Para evitar a avaría de alta tensión do condensador, ao usar o condensador electrolítico, é necesario deixar unha marxe suficiente segundo as flutuacións reais de tensión.
3,condensadores electrolíticos en serie
Cando sexa apropiado, pódese obter unha maior capacitancia e unha maior tensión soportada de capacitancia mediante conexión en paralelo e en serie, respectivamente.
(condensador electrolítico que fai flocos de millo despois dunha explosión por sobrepresión)
Nalgunhas aplicacións, a tensión aplicada ao condensador é tensión CA, como os condensadores de acoplamento de altofalantes, a compensación de fase de corrente alterna, os condensadores de cambio de fase de motores, etc., o que require o uso de condensadores electrolíticos non polares.
No manual de usuario dalgúns fabricantes de condensadores, tamén se indica o uso de condensadores polares tradicionais en serie, é dicir, dous condensadores en serie xuntos, pero a polaridade é oposta para obter o efecto dos condensadores non polares.
(capacitancia electrolítica despois dunha explosión de sobretensión)
A continuación móstrase unha comparación do condensador polar na aplicación de tensión directa, tensión inversa, dous condensadores electrolíticos en serie en tres casos de capacitancia non polar, a corrente de fuga cambia co aumento da tensión aplicada.
1. Tensión directa e corrente de fuga
A corrente que flúe a través do condensador mídese conectando unha resistencia en serie. Dentro do rango de tolerancia de tensión do condensador electrolítico (1000 uF, 16 V), a tensión aplicada aumenta gradualmente desde 0 V para medir a relación entre a corrente de fuga e a tensión correspondentes.
(capacitancia en serie positiva)
A seguinte figura mostra a relación entre a corrente de fuga e a tensión dun condensador electrolítico de aluminio polar, que é unha relación non lineal coa corrente de fuga por debaixo de 0,5 mA.
(A relación entre a tensión e a corrente despois da serie directa)
2, tensión inversa e corrente de fuga
Usando a mesma corrente para medir a relación entre a tensión de dirección aplicada e a corrente de fuga do condensador electrolítico, pódese ver na figura seguinte que cando a tensión inversa aplicada supera os 4 V, a corrente de fuga comeza a aumentar rapidamente. A partir da pendente da seguinte curva, a capacitancia electrolítica inversa é equivalente a unha resistencia de 1 ohmio.
(Relación de tensión inversa entre tensión e corrente)
3. Condensadores en serie unidos
Dous condensadores electrolíticos idénticos (1000 uF, 16 V) conéctanse en serie para formar un condensador electrolítico equivalente non polar e, a continuación, mídese a curva de relación entre a súa tensión e a corrente de fuga.
(capacitancia en serie de polaridade positiva e negativa)
O seguinte diagrama mostra a relación entre a tensión do condensador e a corrente de fuga, e pódese ver que a corrente de fuga aumenta despois de que a tensión aplicada supere os 4 V e a amplitude da corrente sexa inferior a 1,5 mA.
E esta medición é un pouco sorprendente, porque se observa que a corrente de fuga destes dous condensadores en serie unidos é en realidade maior que a corrente de fuga dun só condensador cando a tensión se aplica cara adiante.
(A relación entre a tensión e a corrente despois dunha serie positiva e negativa)
Non obstante, debido a razóns de tempo, non se repetiu a proba para este fenómeno. Quizais un dos condensadores empregados fose o condensador da proba de tensión inversa que se acaba de realizar, e había danos no seu interior, polo que se xerou a curva de proba anterior.
Data de publicación: 25 de xullo de 2023
